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隔熱層對深季節凍土區涵底凍深的影響及其優化設計

作者:九旭機械 2020-06-02
  在深季節凍上區,涵洞的存在使其基礎的凍結深度大于人然場地凍結深度,前者約為后者的2倍,工程中一般將鋪設隔熱層作為解決方法。木文通過等效厚度換算法比較現階段3種常用隔熱材料的優缺點;以哈大高速鐵路上的試驗涵洞為原型,運用有限元分析方法,對深季節凍上區涵底有隔熱層涵洞的溫度場進行數值模擬;為檢驗隔熱層效果,改變隔熱層鋪設的位置、方式和厚度,分別進行數值計算,了解各因素對涵底凍深的影響,得到適合涵洞基礎的zui佳隔熱層鋪設方案。結果表明:泡沫混凝上是涵底隔熱層的理想材料,針對試驗涵洞,應在基礎zui上端鋪設厚度38 cm,比基礎寬10 cm的泡沫混凝上作為隔熱層,這樣可以減少涵底zui大凍結深度,滿足寒區工程需要。

  聚氨酯噴涂發泡機隔熱層在路基、隧道上的研究都很多,但在涵洞上的應用研究較少。哈爾濱一大連高速鐵路(簡稱“哈大鐵”)是我國在嚴寒地區設計、建造的第一條鐵路客運專線,該線處于中I季節凍土區,本文基于哈大高鐵上典型涵洞的己有監測數據口〕,提出在涵底增設隔熱層結構。采用等效厚度換算法,對現階段zui常用的3種隔熱材料進行比較,以典型涵洞為原型,以熱學理論為基礎,建立季節凍土區涵洞的溫度場計算模型,在該模型基礎上,通過改變隔熱層鋪設的位置、力一式和厚度檢驗不同條件下隔熱層的效果,以了解適合涵底基礎隔熱層的zui佳鋪設力一案,對今后深季節凍土區涵洞工程的設計、施工和維護具有指導意義。

  1試驗涵洞概況及監測數據

  哈大高鐵試驗涵洞設計里程DK673 } 820,位于吉林省中西部公主嶺市西北郊范家屯附近的深季節凍土區,海拔204 m,屬于溫帶半濕潤季風氣候,其特點為:溫度、雨量、光照等季節性變化明顯,春季十旱多大風,回暖迅速;夏季熱且多雨;秋季溫暖晴朗;冬季寒冷。年平均氣溫5. 6℃,地下水埋深1 ^- 4 m,對混凝土不具有侵蝕性,試驗涵洞下地層由上至下依次為孰質黃土、粗砂和泥巖夾砂巖。氣象資料及現場監測數據顯示,天然場地zui大凍結深度為1. 56 m。圖1為試驗涵洞的實體模型,根據現場監測數據,繪制涵下基礎中的溫度時程曲線,
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